Dalam bidang analisis kimia, biopharmaceuticals dan penyelidikan dan pembangunan material, ancaman pelarut pelarut terhadap prestasi peralatan menjadi semakin menonjol. Apabila injap botol aluminium tradisional bersentuhan dengan asid yang kuat (seperti asid sulfurik pekat), alkali yang kuat (seperti natrium hidroksida) dan pelarut organik (seperti aseton), mereka terdedah kepada kakisan permukaan, salutan yang mengupas atau degradasi harta mekanikal, mengakibatkan pengurangan dos dan kegagalan dosis. D1S2.8 120MCL Dosis Aluminium CUP injap botol kuantitatif satu inci memperkenalkan salutan polytetrafluoroethylene (PTFE), bermula dari sifat intrinsik bahan, untuk membina sistem perlindungan aktif untuk persekitaran yang menghakis, memberikan penyelesaian baru untuk peralatan pemetaan ketepatan.
Ikatan C-F yang kuat dari rantaian molekul PTFE memberikan tenaga permukaan yang sangat rendah (kira-kira 18mn/m), yang merupakan asas fizikal teras untuk mencapai superhydrophobicity. Dalam salutan 10μm, rantai molekul PTFE berfungsi bersama melalui mekanisme berikut:
Pengaturan rantaian molekul yang diarahkan: Semasa proses penyemburan, apabila PTFE cair suhu tinggi menyejukkan pada permukaan substrat timah, rantai molekul disusun dalam arah menegak untuk membentuk struktur kasar skala nano.
Struktur Komposit Mikro-Nano: Permukaan salutan diedarkan dengan protrusion skala mikron 50-200nm dan 10-50nm nano-skala liang. Struktur ini menjadikan sudut sentuhan titisan air mencapai 110 °, jauh melebihi permukaan hidrofobik biasa (> 90 °).
Kesan geseran bergulir: Apabila cecair menghakis menghubungkan salutan, titisan membentuk bentuk sfera akibat ketegangan permukaan, dan boleh digulung pada sudut kecenderungan hanya 2 °, mengurangkan masa hubungan dengan substrat lebih dari 90%.
Ketidaksuburan kimia PTFE berasal dari struktur karbon-fluorin sepenuhnya tepu, yang menjadikan interaksi antara rantai molekul sangat kuat dan sukar untuk dimusnahkan oleh bahan kimia. Khususnya, ia ditunjukkan seperti berikut:
Rintangan pelarut: Dalam pelarut organik seperti aseton dan tetrahydrofuran, penyesuaian heliks rantai molekul PTFE kekal stabil, dan kadar kehilangan massa selepas 24 jam rendaman kurang daripada 0.1%, yang jauh lebih rendah daripada lapisan fluorokarbon tradisional (kira -kira 1%).
Asid dan kestabilan alkali: Dalam asid sulfurik pekat (98%) dan natrium hidroksida (30%), hanya penjerapan fizikal yang sangat perlahan berlaku pada permukaan PTFE, dan tiada kerosakan ikatan kimia atau degradasi rantai molekul dikesan.
Rintangan Cuaca: Dalam julat -50 ℃ hingga 250 ℃, kristalitas rantai molekul PTFE kekal stabil, mengelakkan retak salutan yang disebabkan oleh pengembangan haba.
Keupayaan penyembuhan diri dari salutan PTFE berpunca dari ciri-ciri gerakan rantaian molekul yang unik dan struktur liang:
Migrasi rantai molekul: Apabila calar peringkat mikron muncul di permukaan salutan, rantai molekul PTFE boleh berhijrah di sepanjang arah gores di bawah tekanan dan secara automatik mengisi kecacatan.
Kesan Buffering Porosity: Liang-liang peringkat mikron yang diedarkan dalam salutan membolehkan sedikit cecair untuk menembusi, tetapi rantai molekul PTFE di dinding liang disusun semula di bawah tekanan cecair untuk membentuk lapisan pengedap dinamik.
Responsif Alam Sekitar: Dalam persekitaran yang lembap, molekul air yang terserap di permukaan PTFE dapat menggalakkan kemerosotan rantai molekul dan mempercepatkan proses penyembuhan diri.
Prestasi salutan PTFE sangat bergantung kepada parameter proses penyemburan:
Pretreatment substrat: Substrat TIN perlu plasma dibersihkan dan dirawat dengan agen gandingan silane untuk memastikan lekatan salutan adalah ≥8mpa.
Penyemburan Parameter: Teknologi penyemburan plasma digunakan untuk mengawal jarak penyemburan 150mm, voltan 80kV, dan arus 1.2A untuk membentuk salutan padat dan seragam.
Post-treatment: Selepas penyemburan, sintering suhu tinggi pada 350 ℃ dilakukan untuk mengkristal sepenuhnya rantai molekul PTFE dan meningkatkan kekerasan (≥2h) dan memakai rintangan salutan.
Untuk memastikan kestabilan prestasi salutan, piawaian kawalan kualiti berikut perlu diwujudkan:
Keseragaman ketebalan: Penyimpangan ketebalan salutan adalah ≤ ± 1μm melalui mikroskopi confocal laser.
Kawalan keliangan: Keliangan ditentukan oleh pencerobohan merkuri, dan nilai sasaran adalah 15% -20% untuk mengimbangi hidrofobisiti dan keupayaan penyembuhan diri.
Pengesahan rintangan kakisan: Dalam persekitaran kakisan simulasi (seperti 1mol/L H₂SO₄ 0.1mol/L NaCl), perubahan impedans salutan dipantau oleh spektroskopi impedans elektrokimia (EIS) untuk memastikan kadar penurunan impedans adalah <5% dalam 24 jam.
Analisis mekanisme perlindungan salutan PTFE
Superhydrophobicity mengurangkan risiko kakisan melalui mekanisme berikut:
Kesan Bounce Titisan: Apabila titisan berkelajuan tinggi memukul salutan, permukaan superhydrophobic menyebabkan titisan melantun untuk mengelakkan kakisan kesan.
Pengasingan Filem Udara: Apabila titisan dilancarkan, filem udara terbentuk di permukaan salutan, menyekat hubungan langsung antara medium yang menghakis dan substrat.
Fungsi pembersihan diri: Superhydrophobicity menjadikan sukar bagi bahan pencemar untuk mematuhi permukaan salutan, mengurangkan kejadian kakisan tempatan.
Kekurangan kimia PTFE mencapai perlindungan pelarut dengan cara berikut:
Perisai Fizikal: Struktur salutan padat menghalang molekul pelarut dari menembusi dan mengelakkan kakisan substrat.
Keserasian molekul: Hanya ada daya van der Waals yang lemah antara PTFE dan pelarut organik, dan tiada tindak balas kimia berlaku.
Kestabilan jangka panjang: Selepas 2000 jam hubungan berterusan dengan pelarut, kadar kerugian massa salutan masih kurang daripada 0.5%.
Mekanisme penyembuhan diri memanjangkan kehidupan salutan melalui cara berikut:
Pembaikan Microcrack: Di bawah tekanan, rantai molekul PTFE berhijrah ke keretakan dan membentuk ikatan kimia baru.
Pengedap liang: Cecair menembusi tekanan tinggi tempatan di dalam liang -liang, mendorong rantai molekul untuk menyusun semula dan menutup liang -liang.
Pembaikan yang disebabkan oleh alam sekitar: Dalam persekitaran suhu lembap atau tinggi, kadar penyembuhan diri meningkat dengan ketara, dan lebih daripada 90% daripada prestasi pelindung salutan dapat dipulihkan.
Nilai permohonan salutan PTFE di D1S2.8 Injap botol
Salutan PTFE membolehkan injap botol untuk mengekalkan keadaan permukaan yang stabil dalam persekitaran yang menghakis, dan sisihan dos dikurangkan dari ± 3% hingga ± 1%, dengan ketara meningkatkan ketepatan analisis.
Dalam senario analisis kromatografi perindustrian simulasi, kehidupan injap botol yang tidak bersalut adalah 6 bulan, sementara kehidupan injap botol bersalut PTFE melebihi 5 tahun, dan kos penyelenggaraan dikurangkan sebanyak 80%.
Bidang farmaseutikal: Dalam penyediaan nano-ubat, salutan mengurangkan sisihan diameter titisan dari ± 10% hingga ± 3%, meningkatkan keseragaman dadah.
Analisis kimia: Bersempena dengan sampler automatik, ia dapat mencapai operasi berterusan 72 jam dengan kadar kegagalan kurang daripada 0.1%.
Pemantauan Alam Sekitar: Dalam sampler PM2.5, rintangan cuaca salutan membolehkan peranti mengekalkan kestabilan dos dalam persekitaran yang melampau, dengan kadar ralat data kurang daripada 2%.
